摘要(yao):針對電磁流量(liàng)計 測量信号複(fu)雜而微弱,導緻(zhi)失真和幹擾信(xìn)号被放大的問(wen)題。依據低頻矩(ju)形波勵磁方式(shì)下電磁流量計(jì)的工作原理和(he)流量與信号的(de)基本關系,提出(chu)了一種基🔱波平(ping)均值信号預處(chù)理方法,經過分(fen)析和試驗證明(ming)可以提高抗☁️幹(gàn)擾能力🌈和動态(tài)響應，在量程範(fàn)圍内，測量精度(du)達到0.25%.
工業計量(liàng)過程中常用電(dian)磁流量計來計(jì)量管道液體流(liú)量,測量原理是(shi)基于法拉第電(diàn)磁感應定律，随(sui)着電🌈磁流量計(jì)的發展，勵磁方(fang)式也得到不斷(duàn)的改❗進,現行的(de)電磁流量計中(zhōng),低頻矩形波勵(li)磁方式是設計(jì)人員主要采用(yong)的方法.這種勵(lì)磁周期爲工頻(pin)💚的整數倍，正負(fu)矩形波勵磁技(ji)術,明顯🌈提高了(le)電磁流量計的(de)抗🧑🏽‍🤝‍🧑🏻幹擾能力和(he)測量精度.但是(shi)對信号處理方(fāng)法的🈚不同，将使(shi)電磁流量計的(de)靜動态流量測(cè)量性能有所差(cha)異.理想的信号(hao)處理方法應保(bǎo)持基⛱️本原理上(shang)☂️的純線性和快(kuài)速響應特性"
1.一(yī)般電磁流量計(ji)的信号處理方(fāng)式
電磁流量計(ji)的基本原理如(ru)圖1所示,理想測(cè)量方程爲叫
 
式(shì)中:C爲儀表常數(shù);B爲感應磁場強(qiang)度;D爲傳感器管(guǎn)逍直徑;V爲流體(ti)🌐流速;
 
式(1)表示電磁(cí)流量計産生的(de)感應電動勢eab與(yu)流體流速V呈線(xian)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻性🍉關系，但在實(shi)際的電磁流量(liang)計工作過程中(zhong)發現，感應的電(diàn)勢信号上總是(shi)疊加了一系列(lie)的幹擾信🚶‍♀️号.這(zhè)些☂️幹擾信☎️号的(de)來源主要有工(gong)頻幹擾:包括串(chuàn)模和共模幹擾(rǎo)，數字電路産生(shēng)的⛹🏻‍♀️高頻幹擾;微(wēi)分噪聲,同相噪(zao)聲,低頻有色噪(zào)聲幹擾.電磁流(liú).量計信号處理(li)方🤞式的發展就(jiù)是圍繞克服以(yǐ)上幹擾噪聲,有(yǒu)效地放大感應(yīng)信号而發展.
現(xian)在很多電磁流(liú)量計的信号處(chù)理方法采用了(le)電🌈容隔離法,電(diàn)容隔離法是将(jiāng)零點漂移近似(sì)作爲直流.處理(li)的一種方法😄,即(jí)通過電容耦合(he)來隔離零點漂(piao)移幹🔴擾，實現對(dui)感應電勢信🔆号(hao)的提取.放大處(chu)理.基本電路🧑🏽‍🤝‍🧑🏻如(rú)圖2.
 
信号通過輸(shu)人端差動放大(dà)器A1,A2抑制共模幹(gan)擾,經過❤️電容C1,C2耦(ou)合後由A3放大K倍(bei),于圖3中的T/2時刻(ke)前采樣保持,經(jīng)A6放大後,實現輸(shū)出uo=2Kneab,Ka爲整😍機放大(da)倍數.這種方法(fa)結構簡單,在電(dian)路🐆原理上容易(yì)實現,對高頻幹(gàn)擾可以起到有(you)效的抑制作用(yong),但是抗幹擾能(néng)力特别差,信🤞号(hao)放大後,輸出非(fēi)常不穩定.主要(yào)原因是由于共(gong)模幹擾的影.響(xiang)和🔅隔離電容無(wu)法🌂隔離零點漂(piao)移💃等并非真正(zhèng)直流的低頻分(fèn)量的影響.因此(ci)爲了穩定信号(hao)值,隻有提高采(cai)樣㊙️保持電容C3,C4.參(can)數,對信号處理(lǐ)的⚽輸出級加大(dà)濾波的時間常(chang)數✔️.表面上看儀(yí)表的輸🌈出穩定(dìng)了,但卻加大了(le)信号對于流體(ti)流速變化的響(xiang)應時間.所✉️以,這(zhè)種方法一般隻(zhi)适用于勵磁周(zhōu)期在8倍以上工(gōng)頻周期.的情況(kuang).
 
在電容隔(gé)離法基礎上,應(yīng)用零點漂移法(fǎ).基線控制法"等(deng)🔞信👅号🏒處理方法(fa)都能在一定程(chéng)度上克服電容(róng)隔離法的不足(zu),抑制幹擾🈲,提高(gāo)動态響應速度(du)和線🌈性度.
2基波(bo)平均值轉換的(de)信号處理方法(fǎ)
如上所述,電容(róng)隔離法或補償(chang)電路不能很好(hao)解決感應信号(hào)失真和幹擾信(xìn)号被放大等問(wèn)題.經過大量實(shí)驗和對國🎯外電(dian)磁流量計的研(yan)究,本文提出一(yi)種基波平均值(zhí)轉換的信号處(chù)理方法，基于e(t)與(yu)峰值、平均值、有(you)♋效值成正比關(guān)系，對信号進行(hang)濾波并采用基(ji)波平均值處理(li)轉換的方法，可(kě)以有效提高電(dian).磁流量計抗幹(gàn)擾的能力.結構(gou)❓框圖如圖4.
 
傳感(gǎn)器輸出流量信(xin)号十分微弱,爲(wèi)幾十微伏的交(jiāo)流信号,并疊加(jia)了多種頻率的(de)噪聲幹擾，表示(shi)爲
 
式中,前兩項(xiang)爲信号基波和(he)諧波,後四項爲(wèi)幹擾噪聲(包括(kuò)零均值噪聲、共(gòng)模噪聲、微分噪(zào)聲、同相幹擾).
信(xìn)号是對稱方波(bō)脈沖形式,幅值(zhi)爲幾十微伏,脈(mo)沖🤟寬度50ms,周💃🏻期200ms,脈(mo)沖占空比爲0.5,整(zheng)機放大倍數2200倍(bèi).信号預處理電(dian)路爲帶通濾波(bō)器,主要消除諧(xie)波和零均值噪(zao)聲.式(2)中微分噪(zào)聲在一定的流(liú)體介質下,産生(shēng)的誤差爲系統(tǒng)誤🧑🏽‍🤝‍🧑🏻
差,可以由信(xìn)号調理電路末(mò)級的微分噪聲(shēng)補償電路校🏃準(zhun)去除。可以忽略(luè)。共模幹擾雖然(ran)可以通過提高(gāo)電路的共😘模抑(yì)制比來消除，但(dan)實際上由于元(yuán)器件的溫度系(xì)數分散性較大(da),因此♊不可能使(shǐ)共模放大倍數(shu)Kc等于零,如采用(yòng)圖2的方法,初級(ji)爲雙端輸人單(dān)端輸出,則共模(mó)電壓e在中間級(ji)主放大器A3處會(hui)被放大K3倍,這樣(yàng)🈚會影響後級✉️的(de)信号處理🌍，采用(yong)新的方法提高(gao)CMRR,根據差動放大(dà)電路的特點,在(zai)第一、第二級采(cai)用四運放,差動(dòng)信号爲雙端輸(shū)出,不經合并直(zhi)接進人下一級(ji).将第三級設計(ji)爲增㊙️益是1的低(dī)通濾波電路,此(ci)信号處理方法(fǎ)可以使ec不被放(fàng)大,從而避免影(yǐng)響整機信号.按(àn)CMRR爲100dB計算,由于采(cǎi)用了新的處理(li)方式，差動流速(sù)💞信号放大系數(shù)爲Kd=1,所以計📐算得(dé)Ke=10-5,即整機信号調(diào)理電路可🐪以将(jiang)共模幹擾信号(hào)衰減105倍⭕.對于由(yóu)電極對地形成(chéng)的幹💁擾有如下(xià)關系”，
 
式中:Rj爲勵(li)磁線圈對電極(ji)的絕緣電阻;Rs爲(wèi)傳感器感應🌈信(xin)号内阻;r爲傳感(gǎn)器接地電阻;E勵(li)磁電壓;當E=24V時,共(gong)模幹擾電⭐壓ec=5mV,經(jing)衰減105倍後隻有(you)0.05μV,此幹擾電壓對(dui)輸出不會有影(yǐng)響.通過實驗證(zheng)明,CMRR做🔞得很高時(shí),應用此方法抗(kàng)幹擾能力的确(què)很強。
該電磁流(liú)量計已經得到(dao)應用,并依據JJG198-94《速(su)度式流量計檢(jian)定規程》,利用質(zhi)量法水标準裝(zhuang)置,對采用基波(bō)平均值信号預(yù)處理電路的電(dian)磁流量計進行(hang)檢定,重複性🧑🏽‍🤝‍🧑🏻誤(wu)差爲0.1%,基本誤差(cha)爲0.25%,線性度0.3%,檢測(cè)結果如表1.
 
3結語(yu)
本文主要探讨(tao)了電磁流量計(ji)在低頻矩形波(bō)勵磁下的信号(hào)🈲處理方法,并介(jiè)紹了在信号預(yù)處理過程中,基(ji)波平均值法可(kě)以滿足小信号(hào)放大調理的苛(kē)刻要求.電磁流(liú)量計還有其他(ta)信号處理方式(shi)，但都無法脫離(li)濾波、噪聲抑制(zhì)等技術問題，同(tóng)🎯時産品化過程(chéng)中還必須考慮(lǜ)電路屏蔽措施(shi)、熱電勢、接點處(chu)理方法和接地(di)、裝配工藝等對(dui)信号處理電路(lu)的影響,這樣才(cai)能從根本上提(tí)高動态響應和(hé)儀表精度.

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